串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机设计与调磁特性分析

提出一种新型串联永磁轴向磁场磁通切换记忆电机,对其进行设计,研究了其调磁特性。通过在高矫顽力永磁基础上串联磁化水平易于调节的低矫顽力永磁,不仅可维持较高的气隙磁场,也可改变磁场的大小。基于三维有限元分析,研究了混合永磁比例对电机性能的影响,对比了不同磁化水平下永磁体磁场分布及电机的电磁特性。制造样机,进行试验研究,测试结果验证了仿真计算的正确性。通过脉冲电流改变永磁磁化水平,可连续平滑调节和控制该电机磁场,调磁损耗小,有效解决了磁通切换电机气隙磁场难以调节的问题,适用于电动车辆等需要宽调速高效率驱动的应用场合。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性

提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理。基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性。结果表明:该种电机的磁链和反电动势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好。     

基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybrid excited axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种新型定子励磁型混合励磁同步电机,它结合了轴向磁场磁通切换永磁电机和电励磁同步电机的优点。为了研究该结构电机在全速度运行范围内的运行性能,论文详细分析了电机结构特征与调磁机理,构建了电机数学模型和矢量控制系统。基于分区控制策略,在低速区,为了提高电机驱动系统的功率因数,提出一种单位功率因数控制策略,且与id(28)0控制进行对比研究;在高速区,为拓宽电机调速范围,提出一种最大输出功率弱磁控制策略,且与传统弱磁控制策略进行对比研究。基于MATLAB/Simulink和d SPACE1103,采用提出的控制策略对电机全速度范围的运行性能进行研究。仿真与实验结果表明,在低速区,电机轻载或重载运行时,单位功率因数控制策略始终保持电机驱动系统运行功率因数为1,使逆变器容量得到了充分利用;在高速区,最大输出功率弱磁控制策略提高了电机弱磁运行区域的功率利用率,增强了电机带载能力,拓宽了电机调速范围,提高了弱磁运行区的效率。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制EI北大核心CSCD

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。     

混合励磁轴向磁通切换永磁电机全速域无位置传感器控制

为了实现混合励磁轴向磁通切换永磁电机(hybrid excitation axial flux-switching permanent magnet machine,HEAFSPMM)全速域无位置传感器控制和提升低速区的运行性能,提出一种HEAFSPMM复合控制方法.该方法引入HEAFSPMM的励磁绕组,改进模型参考自...     

双转子混合励磁轴向磁通切换永磁电机设计与分析

基于轴向磁通切换规律和混合励磁技术,提出一种双转子混合励磁轴向磁通切换永磁(double-rotor hybrid excited axial switched-flux permanent magnet,DRHE-ASFPM)电机,由1个定子与2个转子构成,定/转子均采用凸极结构。定子由双"H"铁心与永磁体组成,电枢绕组和励磁绕组均绕于定子,转子无绕组和永磁体,结构简单,轴向长度短。该电机在继承轴向磁通切换永磁电机高功率/转矩密度的同时,能够实现磁场的灵活调节,且容错性能强。首先,分析DRHE-ASFPM电机最佳拓扑结构与混合励磁规律,探究电机的电磁设计原则和一般通用设计方法。其次,根据电机磁场的3D分布特征,构建3D有限元模型,分析电机的电磁性能,包括气隙磁密、磁链、反电势、转矩性能和调磁特性等,并计算电机的电磁参数。最后,基于分析设计结果,研制一台功率600W的试验样机,并进行实验测试与分析,验证DRHE-ASFPM电机设计理论与有限元分析计算的正确性和有效性。     

定子错位型混合励磁轴向磁通切换电机容错控制策略研究

定子错位型混合励磁轴向磁通切换(twisted-stator hybrid axial field flux-switching,TS-HAFFS)电机,具有轴向尺寸短、转矩密度大、调节范围宽、容错能力强等优点,适用于电动汽车驱动系统。为提高电驱动在系统故障状态下的运行性能,基于一台三相6/10极TS-HAFFS电机,提出一种基于恒定磁动势法的励磁绕组容错控制策略,并分别对电枢绕组容错策略和励磁绕组容错策略下TS-HAFFS电机控制系统进行仿真研究与实验验证。仿真与实验结果表明,单相绕组开路故障时2种方法均可维持电机转速、转矩基本不变,保证系统带故障运行的稳定性。相比于电枢绕组容错策略,采用励磁绕组容错控制的TS-HAFFS电机容错控制系统具有更广泛的应用场景和更好的系统性能,适用于电动汽车调速控制。     

弱磁型混合励磁磁通切换电机的结构与原理分析

针对永磁磁通切换电机的调磁难问题,提出一种H型混合励磁磁通切换电机。励磁绕组位于H型定子铁心单元的中间轭部,继承了永磁磁通切换电机的优点。介绍了电机的结构与工作原理,特别地对比讨论了磁路饱和时的调磁现象。从励磁磁通路径出发,分析了不同转子极数对电机弱磁能力的影响。有限元分析结果表明:该电机不仅继承了永磁磁通切换电机的优点,而且具有较强的弱磁能力,能够获得较高的定子磁链,无需额外铜耗就可获得最大的输出功率。     

轴向磁场磁通切换永磁电机单位功率因数控制

轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机是一种定子永磁型双凸极电机,它结合了磁通切换电机与永磁电机的优点,且轴向长度短,转子结构简单,功率密度高,非常适合用于电动汽车与风力发电系统。本文推导了AFFSPM电机的数学模型,建立了AFFSPM电机驱动系统。针对AFFSPM电机id=0控制和最大转矩电流比(MTPA)控制策略存在功率因数降低的问题,本文以提高功率因数为目标,采用一种单位功率因数控制策略对AFFSPM电机进行了研究。仿真与实验结果表明,单位功率因数控制策略基本能够将AFFSPM电机功率因数调节到所需范围。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机矢量控制

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机.分析了AFFSPM电机结构和工作原理,确定了矢量控制系统方案,给出了采用无刷直流控制方式起动时寻找转子零点位置的方法.针对AFFSPM电机定位力矩对系统性能的影响,建立了AFFSPM电机控制系统仿真模型.以一台三相12/10极AFFSPM电机为样机,进行了AFFSPM电机矢量控制的无刷直流方式起动,空载和负载调速试验.试验结果表明,AFFSPM电机矢量控制系统具有良好的起动、调速性能及较好的抗负载扰动能力.     

磁通切换型记忆电机控制策略研究

近年来,一类采用高剩磁、低矫顽力永磁材料的记忆电机被广泛研究。这类电机可以通过施加电流脉冲直接调节永磁体的磁化水平,从而大大拓宽电机的弱磁调速范围。简要介绍磁通切换型记忆电机的拓扑结构和数学模型,在此基础上通过对于磁通切换型记忆电机的运行区的分析,提出了一种将在线调磁与传统弱磁相结合的控制策略,以在增大恒转矩输出能力的同时拓宽电机的调速范围。仿真计算证明了提出的控制策略的有效性。     

混合励磁同步电动机分段弱磁控制

针对混合励磁同步电动机在高速区的弱磁运行特点,首先推导出其弱磁调速过程中保持平稳运行的电流变化关系,然后在此基础上提出了一种采用模糊控制与粒子群优化算法分阶段电流调节的效率最优控制方法。该控制方法的基本思想是,当电机处于弱磁调速过渡阶段时,通过模糊控制器对电流进行初步调节,使其迅速起动或进行状态调整,获得较高的动态性能;当电机进入稳态运行阶段后,以铜耗最小化为目标,采用粒子群优化算法对电流进行进一步调整,使其实现效率最优化控制。最后,通过仿真与实验结果分析验证了上述控制方法的有效性。     

磁通切换型永磁电机非线性磁网络分析

提出了一种磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)的通用非线性磁网络模型,该模型可以考虑磁场饱和的影响,能对气隙磁通密度分布、电枢线圈永磁磁通和感应电动势等电磁性能进行计算。针对一台三相定子12槽/转子10极的磁通切换永磁电机,首先建立了该电机的原始磁网络模型,并利用有限元法进行了验证。然后基于原始模型,进一步综合考虑局部饱和影响,提出了初始模型。为了进一步提高磁网络分析的精度,在初始模型基础上,又提出了两种新的磁网络模型——多段永磁支路模型和导磁桥模型,其计算结果更为精确。上述磁网络模型的分析结果均得到了二维有限元计算和实验结果的验证。通过对比可知,上述磁网络模型中导磁桥模型具有最高的分析精度。     

无铁心永磁轴向气隙电机的优化设计

本文设计并制作了一台定、转子均无铁心的永磁轴向气隙电机。为了进一步降低绕组铜耗,理论计算得最佳磁极绕组厚度比,并通过ANSOFT软件进行电机的全三维建模和性能仿真。样机的空载测试及带载测试结果与仿真结果相近,证明了该设计思路和仿真方法的可行性。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机电感计算

在介绍一种新型轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Mag-net,AFFSPM)电机的基础上,计算了一台三相12/10极AFFSPM电机的三相绕组电感,并根据电机的结构特点,对其自感和互感的大小关系给予解释。最后分别采用Park变换法和两步法计算了该电机的交、直轴电感,得到的结果一致,所得结论对AFFSPM电机的深入研究具有一定的参考价值。     

基于死区补偿的磁通切换永磁电机定子磁场定向控制

磁通切换永磁电机具有功率密度高、效率高、反电动势正弦的优点,在推导其数学模型的基础上,采用电压空间矢量调制方法,对该电机的定子磁场定向控制策略进行了分析与研究。另外,由于空间矢量调制的死区效应严重影响电机输出电流的质量,进而影响到电机的转速与转矩输出特性,采用预测电流控制方法对死区进行补偿。通过半实物仿真平台dSPACE实现了定子磁场定向控制算法,并在一台2kW磁通切换永磁电机驱动系统上验证了所提控制方法的有效性。该控制算法对其他定子永磁型电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩分析

为了有效削弱轴向磁场磁通切换永磁电机的齿槽转矩,采用能量差分法,建立了该种电机齿槽转矩的解析表达式,针对表达式中的电机结构参数,利用全场域三维有限元法.分析了一台三相12/10极轴向磁场磁通切换永磁电机在不同结构参数下的齿槽转矩,得到当定子齿宽、定子槽口宽与永磁体磁化厚度均占内径圆弧7.5°,转子齿宽占内径圆弧10.5°,且为准扇形齿时.该电机的齿槽转矩最小;在定子轭部铁心不饱和的情况下,齿槽转矩随定子厚度减小而减小,而受转子厚度的影响较小.综合考虑电机不同结构参数对齿槽转矩和感应电势的影响,得到了削弱轴向磁场磁通切换永磁电机齿槽转矩的有效方法,有效地改善了该电机的运行性能.     

混合励磁磁通切换电机等效磁路模型

混合励磁磁通切换电机（flux-switching hybrid excitationmachine,FSHM）是一种新型定子励磁型交流无刷电机,具有磁链双极性、结构简单、功率密度高、运行可靠等优点。改变电励磁绕组电流的大小和方向,实现了对永磁气隙磁场的有效调节与控制,而引入导磁磁桥可提升气隙磁场调节范围。以建立电枢绕组磁链最大位置的等效磁路模型为切入点,推导了峰值磁通表达式,探索了磁桥段相对磁导率的估算方法,结合有限元仿真分析了磁桥厚度变化与磁桥式FSHM初始气隙磁密、磁桥磁密、气隙磁场调节能力、磁力线路径转移等特性的关系。样机的有限元仿真及实验结果与等效磁路模型预测趋势基本一致,验证了建模方法与理论分析的正确性,可用于指导磁通切换电机的设计与性能分析。